Modulación de fase continua

Modulación de banda de paso
Modulación analógica
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Modulación jerárquica
AMQ WDM
Espectro expandido
CSS DSSS Escuela secundaria superior de Florida Estos
Véase también
Códigos de aproximación a la capacidad Desmodulación Codificación de línea Módem AnM PoM PAM PCM PDM Modulación por ancho de pulso (PWM) ΔΣM OFDM FDM Multiplexación
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La modulación de fase continua ( CPM ) es un método de modulación de datos que se utiliza habitualmente en módems inalámbricos . A diferencia de otras técnicas de modulación de fase digital coherente en las que la fase de la portadora se restablece abruptamente a cero al comienzo de cada símbolo (por ejemplo, M- PSK ), con CPM la fase de la portadora se modula de manera continua. Por ejemplo, con QPSK, la portadora salta instantáneamente de un seno a un coseno (es decir, un cambio de fase de 90 grados ) siempre que uno de los dos bits de mensaje del símbolo actual difiera de los dos bits de mensaje del símbolo anterior. Esta discontinuidad requiere que un porcentaje relativamente grande de la potencia se produzca fuera de la banda prevista (por ejemplo, alta potencia fuera de banda fraccional), lo que conduce a una eficiencia espectral deficiente. Además, la CPM se implementa típicamente como una forma de onda de envolvente constante , es decir, la potencia de la portadora transmitida es constante. Por lo tanto, la CPM es atractiva porque la continuidad de fase produce una alta eficiencia espectral y la envolvente constante produce una excelente eficiencia energética. El principal inconveniente es la alta complejidad de implementación requerida para un receptor óptimo.

Cada símbolo se modula cambiando gradualmente la fase de la portadora desde el valor inicial hasta el valor final, a lo largo de la duración del símbolo. La modulación y demodulación de CPM se complica por el hecho de que la fase inicial de cada símbolo está determinada por la fase total acumulada de todos los símbolos transmitidos anteriormente, lo que se conoce como memoria de fase . Por lo tanto, el receptor óptimo no puede tomar decisiones sobre ningún símbolo aislado sin tener en cuenta la secuencia completa de símbolos transmitidos. Esto requiere un estimador de secuencia de máxima verosimilitud (MLSE), que se implementa de manera eficiente utilizando el algoritmo de Viterbi .

La modulación por desplazamiento mínimo (MSK) es otro nombre para la modulación por desplazamiento mínimo (CPM) con un exceso de ancho de banda de 1/2 y una trayectoria de fase lineal . Aunque esta trayectoria de fase lineal es continua, no es uniforme, ya que la derivada de la fase no es continua. La eficiencia espectral de la modulación por desplazamiento mínimo (CPM) se puede mejorar aún más utilizando una trayectoria de fase uniforme. Esto se logra normalmente filtrando la trayectoria de fase antes de la modulación, comúnmente utilizando un filtro de coseno elevado o un filtro gaussiano . El filtro de coseno elevado tiene cruces por cero desplazados exactamente por un tiempo de símbolo, por lo que puede producir una forma de onda CPM de respuesta completa que evita la interferencia entre símbolos (ISI).

La señalización de respuesta parcial, como la señalización duobinaria, es una forma de ISI intencional en la que una cierta cantidad de símbolos adyacentes interfieren con cada símbolo de manera controlada. Se debe utilizar un MLSE para demodular de manera óptima cualquier señal en presencia de ISI. Siempre que se conozca la cantidad de ISI, como con cualquier esquema de señalización de respuesta parcial, se puede utilizar MLSE para determinar la secuencia de símbolos exacta (en ausencia de ruido). Dado que la demodulación óptima de CPM de respuesta completa ya requiere la detección de MLSE, el uso de señalización de respuesta parcial requiere poca complejidad adicional, pero puede permitir una trayectoria de fase comparativamente más suave y, por lo tanto, una eficiencia espectral aún mayor. Una forma extremadamente popular de CPM de respuesta parcial es GMSK , que se utiliza en GSM en la mayoría de los teléfonos celulares de segunda generación del mundo. También se utiliza en 802.11 FHSS, Bluetooth y muchos otros módems inalámbricos propietarios.

La modulación por desplazamiento de frecuencia de fase continua (CPFSK) es una variación de uso común de la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK), que es en sí misma un caso especial de modulación de frecuencia analógica . FSK es un método de modulación de datos digitales sobre una onda portadora sinusoidal , codificando la información presente en los datos a variaciones en la frecuencia instantánea de la portadora entre una de dos frecuencias (conocidas como frecuencia espacial y frecuencia de marca ). En general, una señal FSK estándar no tiene fase continua , ya que la forma de onda modulada corta instantáneamente entre dos sinusoides con diferentes frecuencias.

Como sugiere el nombre, la fase de un CPFSK es, de hecho, continua; este atributo es deseable para las señales que se van a transmitir a través de un canal de banda limitada , ya que las discontinuidades en una señal introducen componentes de frecuencia de banda ancha . Además, algunas clases de amplificadores presentan un comportamiento no lineal cuando se los activa con señales casi discontinuas; esto podría tener efectos no deseados en la forma de la señal transmitida.

Si una señal digital de valor finito que se va a transmitir (el mensaje) es m ( t ), entonces la señal CPFSK correspondiente es

${\displaystyle s(t)=A_{c}\cos \left(2\pi f_{c}t+D_{f}\int _{-\infty }^{t}m(\alpha )d\alpha \right)\,}$

donde A _c representa la amplitud de la señal CPFSK, f _c es la frecuencia portadora base y D _f es un parámetro que controla la desviación de frecuencia de la señal modulada. La integral ubicada dentro del argumento del coseno es lo que le da a la señal CPFSK su fase continua; una integral sobre cualquier función de valor finito (que se supone que es m ( t )) no contendrá ninguna discontinuidad. Si se supone que la señal del mensaje es causal , entonces los límites de la integral cambian a un límite inferior de cero y un límite superior de t .

Tenga en cuenta que esto no significa que m ( t ) deba ser continua; de hecho, la mayoría de las formas de onda de datos digitales ideales contienen discontinuidades. Sin embargo, incluso una señal de mensaje discontinua generará una señal CPFSK adecuada.

• Modulación por desplazamiento mínimo (MSK)

La notación para la forma de onda CPFSK se tomó de:

• Leon W. Couch II , "Sistemas de comunicación digitales y analógicos, sexta edición" , Prentice-Hall, Inc., 2001. ISBN  0-13-081223-4
• [1] S. Cheng, R. Iyer Sehshadri, MC Valenti y D. Torrieri, La capacidad de manipulación por desplazamiento de frecuencia de fase continua no coherente, en Proc. Conf. on Info. Sci. and Sys (CISS) , (Baltimore, MD), marzo de 2007.
• Calculadora de distancia mínima de CPM (límite MLSE/MLSD)